工業管道不停輸在線檢驗檢測技術探討

牟曦輝，汪四新，廖林森，廖洛楓

（樂山市特種設備監督檢驗所，四川 樂山 614000）

工業管道作為壓力管道中的一類，在役壓力管道應在投用滿3 年后及以后每個周期內實施定期檢驗，檢驗一般在管道停止運行期間進行，當管道運行條件不影響檢驗的有效性和安全性時，也可以基于管道的損傷模式和風險水平，結合管道的使用情況制定檢驗策略，在運行狀態下實施。由于大型化工企業多為連續生產裝置，常規停機離線檢驗“牽一發而動全身”，影響整個廠區的生產工藝流程乃至全線停產，且耗費大量人力、時間等資源。然而，在線檢測常面臨著高溫、低溫、液相介質等常規檢測技術難點，缺乏高效、精準的檢驗評價技術，因此，開展管道不停輸在線檢驗檢測技術的研究意義重大。

1 常規檢測技術的在線檢測

1.1 磁粉檢測

磁粉檢測是利用被磁化工件不連續處表面形成的漏磁場，通過加入磁粉的移動聚集形成鐵痕，進行表面及近表面的缺陷檢測技術。作為磁性材料的首選表面檢測方法，在壓力管道日常檢測中，考慮檢測的時效性，最常用的是磁軛濕法和交叉磁軛濕法。管道在線磁粉檢測，主要面臨管道工作壁溫過高的問題，需要選用耐高溫磁粉，具有高溫穩定性并且磁粉的性能要易磁化。此外，為保障磁粉的高溫移動性能，應制作空心球形磁粉，選擇沸點高不易揮發的磁懸液。低溫管道檢測則考慮磁粉和磁懸液的低溫移動性。

1.2 滲透檢測

滲透檢測是基于毛細作用原理的表面檢測技術，作為奧氏體不銹鋼等非鐵磁、非多孔材料的首選表面檢測方法，大致分為滲透、清洗、顯像三個環節。壓力管道在線滲透檢測時，針對高、低溫檢測影響，與磁粉檢測類似，主要考慮滲透劑、清洗劑、顯像劑的穩定性與流動性，以保障毛細作用的有效進行。常規的停機磁粉檢測溫度規定為10 ～50℃，隨著在線檢測突破其溫度上下限，檢測效果逐步降低，何匯等人研制的滲透劑最低用至-12℃；劉恩凱等人對處于高溫（高濕度）環境、低溫介質（最低至0℃）條件的滲透檢測進行了實驗研究，拓展了滲透檢測溫度范圍。

1.3 超聲波檢測

超聲波檢測作為利用超聲波技術最基礎的檢測方法，因其檢測的高效、便捷、無危害、成本低、定位準等優點，常用于碳鋼管道及薄壁不銹鋼管道的埋藏缺陷檢測。由于超聲波隨著管道壁溫的升高，造成聲速降低、折射角增大（超聲路徑變化）、衰減增大（界面耦合），最終造成定位定量誤差過大，因此，在壓力管道不停輸在線高溫檢測時，極難發現并定位出缺陷，且壁溫過高易造成探頭晶片的損壞。多位學者對高溫下超聲波聲速、衰減等變化規律展開了研究，探索了超聲波在高溫下修正使用的可行性。

1.4 射線檢測

射線檢測是利用X、γ 等射線透射被檢工件的衰減，通過射線底片感光程度不同進行的檢測。射線檢測技術因其對各類結構件檢測的高適應性、檢測的高靈敏度、缺陷定性、檢測記錄長期保存等優點，被廣泛應用于焊縫埋藏缺陷的檢測。然而，管道在線檢測時，由于射線檢測時間相對較長，高溫可能造成緊貼管道表面的射線底片和像質計損壞、底片灰霧度增加等問題，需要研制有效的隔熱方式，如采用夾套水冷隔熱方式、隔熱楔塊等方法，但會造成幾何不清晰度、固有不清晰度、顆粒度增加等底片質量降低的問題。此外，管道介質若為液相介質，則在線射線檢測無法滿足靈敏度要求。

2 非常規檢測技術的在線檢測

常規的四類檢測技術主要針對焊縫缺陷進行檢測，屬于局部抽查的檢測方法，需要對被檢部位進行保溫拆除和除銹打磨，檢測結果較為精準。然而，對于埋地、穿墻、高空以及保溫直管等管道，尤其是存在高溫腐蝕、應力腐蝕等機理的管道，整體檢測技術也顯得尤為重要。

2.1 整體檢測技術

（1）導波檢測。導波檢測作為超聲波原理應用的拓展技術，通過壓電效應或磁致伸縮效應激發超聲導波，接收并分析被檢工件反射回波，識別可能存在的缺陷。由于導波傳播衰減較小，管道單次檢測距離可長達幾十米，適用于管道的整體檢測，大大提升了檢測效率。高溫管道在線檢測時，可以通過磁致伸縮效的耐高溫探頭進行檢測。但由于導波回波信號包括焊法蘭、支吊架、焊縫、缺陷等有用回波和信號采集帶來的虛假回波，依賴檢測人員的經驗判斷，且需要配合可靠的局部檢測技術進行復驗。

（2）聲發射檢測。聲發射檢測是基于材料聲發射現象進行缺陷檢測，是一種在線的整體系統性檢測方法，可運用于壓力管道在線監測與缺陷檢測，提高了管道整體檢測效率，通過多傳感器定位算法和信號濾波算法實現缺陷的有效標記。但聲發射檢測僅能檢測出活性缺陷，且對管道加壓條件有要求，作為整體檢測技術，仍需要配合局部檢測技術復驗缺陷。

2.2 局部檢測技術

（1）脈沖蝸流檢測。脈沖渦流檢測是渦流檢測的一個分支，利用電磁感應原理，通過方波激勵信號→激勵線圈→源磁場→管道感應脈沖渦流→渦流磁場→檢測線圈→瞬態電壓的過程進行缺陷檢測。作為電磁檢測技術，對表面處理要求低，不需耦合劑和特殊防護，具有綜合效率高、檢測成本低的優點，在高、低溫及液相介質管道在線檢測中具有良好的應用前景。

（2）相控陣超聲檢測。相控陣檢測即C 超也是一種超聲波拓展檢測技術，通過調整相控陣探頭陣列中各晶片單元的超聲激勵時間，實現相控陣聲束的方向和焦點控制，因此，與傳統A 超相比，相控陣檢測具有更高的靈敏度、分辨力及聲束可達性，在不銹鋼管道檢測時，能夠解決傳統超聲檢測晶粒反射干擾及厚度衰減等問題，補齊液相介質管道埋藏缺陷在線檢測的短板。

（3）X 射線數字成像檢測。X 射線數字成像檢測即DR 實現了由傳統膠片成像到計算機數字成像的轉變，由于引入了數字圖像處理系統，得到的射線圖像對比度、寬容度更大，且計算機直接成像節省了傳統射線檢測底片暗室處理時間，提升檢測效率，數字圖像更便于長期保存與查看。管道在線檢測時，DR 能夠識別帶保溫層的高溫管道裂紋類缺陷及減薄，能透射夾套管道并有效識別內管未熔合、未焊透等焊縫缺陷。

3 RBI 在線檢驗檢測技術

基于風險的檢驗即RBI 技術是一種在線檢驗評價技術，基于設備的失效可能性和失效后果，對設備的風險程度做出評估，并制訂和實施檢驗策略的管理過程。RBI 依據風險排序，制訂針對性的檢驗檢測方案，是一種先進的檢驗理念。通過前期的資料調查和工藝分析為基礎，進行管道宏觀檢查，與此同時參照GB/T 26610-2014《承壓設備系統基于風險的檢驗實施導則》按失效可能性和失效后果進行風險評估，確定工業管道系統風險水平（高、中、低），針對中、高風險等級采用超聲導波或者聲發射等整體檢測技術，對發現可疑部位采用相控陣超聲檢測、X 射線數字成像檢測等局部檢測技術實施復驗；低風險等級則選用常規檢測配合渦流等適應性強的檢驗技術，進行局部焊縫抽檢，綜合檢測結果進行管道檢驗評價。整個檢驗過程更科學、更智能，在管道在線檢驗檢測中具有光明的應用前景。

4 結語

隨著常規檢測技術的不斷創新改進以及新的檢測技術、檢驗評價技術的不斷涌現，工業管道不停輸在線檢驗越發成熟。針對管道在線工作的溫度、介質、環境等特性，選用適宜的檢測方法或者檢驗檢測組合方法，能夠更好地發現缺陷，保障管道安全。但隨著在線工作高、低溫數值的增大，檢測的可靠性逐漸降低，目前相關研究仍較少，不能覆蓋所有工業管道，對于溫度過高或過低的管道停機檢驗目前仍是最佳的選擇。